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地震折射波法

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在城市活斷層勘探中,對於面波干擾大、地震反射波法難以開展工作的區域,可嘗試利用地震折射波法進行探測,並對摺射波法探測的原始記錄採用時間項、差異時距曲線和有限差分成像等方法進行綜合計算、分析,以探索折射波法在城市活斷層勘探中的應用成效。

1 地震折射波法 -地震折射波法

利用地震折射波進行海洋深部結構探測的測量方法。它是大洋地殼研究中最重要的手段之一。
  

2 地震折射波法 -原理  

這類方法中,地震波傳播的物理模型如圖1所示。從震源激發出的地震波投射到折射界面上成臨界角i時,產生沿界面R滑行的首波。臨界角 i存在的條件為:i= arc sin(υ01)。式中 υ0、υ1 分別為地震波在界面上下介質中的傳播速度。因此, 只有滿足 υ01才有折射界面存在。   

首波在沿折射界面R滑行時引起上部介質質點振動並返回地面,這種波稱為地震折射波。由檢波器(s0s1s2,…)接收。折射波的旅行時間與觀測距離之間的關係,稱為折射波時距曲線t(x)。在水平界面的情況下,它是從s0開始的一條直線。震源 O到s0之間觀測不到地震折射波,稱為盲區。只有在盲區之外才能進行地震折射波觀測。由於υ21,較深層位上的折射波在離開震源的某個距離時,會超過淺層折射波而先到達檢波器,稱為此層位上折射波的初至區s0s1,而淺層折射波此時將在干擾背景上出現,稱為它的續至區s1s2。因此,在折射波法中,不同層位上的折射波時距曲線為彼此相交的直線。
  

3 地震折射波法 -方法和應用  

應用折射波法的初期,主要在初至區內進行觀測,稱為折射波初至法。後來,應用反射波法的技術在續至區內也觀測折射波,稱為折射波對比法。將折射波對比法用於地殼深部研究,在觀測折射波的同時,還利用廣角反射波(入射角大於臨界角)進行觀測,稱為深地震測深。它是現代在海洋地區內研究地殼並獲得深部地震資料的重要手段。
  

由於盲區的存在,在海上進行折射波法觀測時通常使用兩條船,一條船激發地震波,一條船接收地震波。震源可以用大容量的組合空氣槍,但在研究地殼深部結構,並獲取莫霍面資料的深地震測深中,組合空氣槍的能量往往不夠,而仍使用炸藥震源。對摺射波的接收,有時用漂浮組合接收裝置作多道觀測,但更廣泛地使用地震聲學浮標。這種浮標主要包括地震水聽器、前置放大器及對其輸出信號進行放大和調製而後發射出去的天線裝置。作業時,按設計要求將地震聲學浮標投放於水下某個深度上,以盡量減小海浪擾動和海水對地震波的吸收作用。投放后,觀測船(實際上為震源船)沿測線行進中用強大的空氣槍或炸藥在海水中作等間距的激發。聲學浮標接收到包括莫霍界面在內的深部折射波和廣角反射波信號,通過無線電發送到觀測船上進行記錄(圖2)。這種固定浮標位置而移動震源船的作業方法稱爆炸動點法。

雙船作業時,有兩種方式:

①一船作震源,一船作接收,一般採用定爆炸點法,即移動觀測點(接收船);

②兩船互為震源船和接收船,同時相背而行,按預先設計好的觀測系統工作。地震波的穿透深度越大,所記錄到地震波的頻率越低,而其分辨能力也越低。深地震測深所採集到的地殼深部資料,不僅具有低頻的特點,而且折射波是以波組形式出現的。為此,只能進行波組對比,並根據其時距曲線的斜率求取速度值,以判斷折射層位的性質。它所給出的是界面速度,除用來研究地殼結構外,還可為陸架及陸坡區的反射波法資料提供分層依據和計算反射波有效速度。   

利用地震折射波法的調查,已經基本查明世界大洋盆地的地殼有三層結構:層1為鬆散沉積層,地震波傳播速度約為 2公里/秒,平均厚度為0.5公里;層 2速度為5.07±0.63公里/秒,平均厚度1.71±0.75公里;層3速度為6.69±0.26公里/秒,厚度4.86±1.42公里。層3之下,為上地幔,地震波傳播的平均速度為8.13±0.24公里/秒 (見大洋地殼)。深地震測深是現代在海洋地區內獲取地殼深部資料的主要手段,而研究地殼深部構造對於認識沉積盆地的形成和演化,對於油氣勘探都具有十分重要的意義。

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